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Patrocínio de: Autores coordenadores Carlos Chastre (Capítulos 1, 5, 7 e 11) Válter Lúcio (Capítulos 1, 5, 7 e 11) Autores colaboradores Arnold Van Acker (Capítulo 9) Barry Crisp (Capítulo 4) Daniela Gutstein (Capítulo 2) Filipe Saraiva (Capítulo 3) Íria Doniak (Capítulo 2) Jason Krohn (Capítulo 13) José Barros Viegas (Capítulo 3) Marcelo Ferreira (Capítulo 8) Marco Menegotto (Capítulo 10) Mounir el Debs (Capítulo 6) Simon Hughes (Capítulo 4) Spyros Tsoukantas (Capítulos 11 e 12) Stefano Pampanin (Capítulo 14) Tradução Dina Gouveia (Capítulos 4, 9, 10, 12, 13 e 14) Revisão técnica Carlos Chastre (Capítulos 4, 9, 10, 12, 13 e 14) Válter Lúcio (Capítulo 12) FICHA TÉCNICA Título: Estruturas Pré‐moldadas no Mundo ‐ Aplicações e Comportamento Estrutural Autores coordenadores: Carlos Chastre, Válter Lúcio Autores colaboradores: Arnold Van Acker, Barry Crisp, Daniela Gutstein, Filipe Saraiva, Iria Doniak, Jason Krohn, José Barros Viegas, Marcelo Ferreira, Marco Menegotto, Mounir el Debs, Simon Hughes, Spyros Tsoukantas, Stefano Pampanin Tradução: Dina Gouveia (Capítulos 4, 9, 10, 12, 13 e 14) Revisão técnica: Carlos Chastre (Capítulos 4, 9, 10, 12, 13 e 14) Válter Lúcio (Capítulo 12) Editor: Fundação da Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade NOVA de Lisboa Capa: Mafalda Neto Impressão: Editora Parma, Ltda. Av. Antônio Bardela, 280 ‐ CEP 07220‐020 Cidade Satélite Cumbica ‐ Guarulhos ‐ SP ‐ Brasil ISBN: 978‐989‐97721‐1‐3 Depósito Legal: 340230/12 Tiragem: 500 exemplares Não é permitida a reprodução total ou parcial deste livro, o registo em suporte informático ou a transmissão através de qualquer processo eletrónico ou mecânico, sem a prévia autorização por escrito dos titulares dos direitos da edição. Março de 2012 Impresso no Brasil v Índice Prefácio Capítulo 1 Estruturas pré‐moldadas no mundo ………………………………..……………… 1 Capítulo 2 Estruturas de Concreto Pré‐moldado no Brasil: Normalização, Sustentabilidade e Aplicações ..………………….………………………..………… 7 Capítulo 3 Um olhar sobre a pré‐fabricação em betão em Portugal………..….………….… 39 Capítulo 4 Estruturas pré‐fabricadas em betão, em Melbourne, Austrália………………… 73 Capítulo 5 Torres pré‐fabricadas de betão para suporte de turbinas eólicas…….………… 91 Capítulo 6 Pesquisas em ligações de estruturas de concreto pré‐moldado……….……… 107 Capítulo 7 Ligações rígidas em estruturas pré‐fabricadas………………….……………… 137 Capítulo 8 Ligações semi‐rígidas em estruturas pré‐moldadas de concreto…...………… 167 Capítulo 9 Projeto de estruturas de betão pré‐fabricado às ações acidentais…………..… 187 Capítulo 10 Estruturas Pré‐fabricadas e o sismo de LʹAquila 2009 em Itália ...……….…… 209 Capítulo 11 Princípios básicos para a conceção de estruturas de edifícios em zonas sísmicas……………………………………………………………………………… 227 Capítulo 12 Disposições de projeto para edifícios pré‐moldados em zonas sísmicas ……. 249 Capítulo 13 Metodologia de projeto para diafragmas sísmicos …….………………..…...… 277 Capítulo 14 Implementação de ligações resistentes a momentos em edifícios pré‐fabricados de betão: oportunidades renovadas para a construção ……… 291 vi vii Prefácio A comissão 6 de pré‐fabricados da fib tem a importante missão de disseminar o estado da arte da pré‐fabricação em concreto no mundo e também contribuir para o desenvolvimento tecnológico deste sistema construtivo. Neste contexto, representantes do Brasil e de Portugal entenderam como necessário disseminar informação acerca de temas relevantes como sismos, ligações, cargas acidentais, aplicações, entre outros, na língua portuguesa, visando um maior alcance da informação. É oportuno destacar que estes trabalhos existem ‐ além da dedicação dos autores ‐ por dois outros fatores: as relações institucionais e a integração da academia com a iniciativa privada. Ressaltamos aqui a importância das duas entidades que representam a pré‐fabricação em betão nos dois países, a ANIPB em Portugal e a ABCIC, no Brasil, cuja visão do alcance desta obra viabilizou este projeto, com o apoio de empresas associadas patrocinadoras. O apoio institucional da fib é uma grande mais‐valia, pois é a entidade que tem propiciado a existência da comissão 6, onde profissionais de diversos países e atuantes no setor, quer na academia, iniciativa pública ou privada como professores, consultores, projetistas, pré‐fabricadores trocam ideias, debatem, pesquisam, desenvolvem e somam esforços para que, cada vez mais, o betão pré‐fabricado cumpra o seu papel como solução sustentável em obras habitacionais e infraestruturas. Pode‐se aqui indistintamente citar: edificações comerciais e residenciais, pontes, viadutos, recintos desportivos, portos, aeroportos, torres para energia eólica, enfim... todas as possibilidades. viii É milenar a tradição de construir edificações complexas com a aplicação repetitiva de elementos simples. Os princípios fundadores da pré‐fabricação em betão contemporânea são os mesmos dos ancestrais construtores – simplicidade e repetição – e mantêm‐se válidos na atualidade. Esta forma natural, quase instintiva de construir, dá resposta às necessidades atuais de rapidez, qualidade, economia, segurança e sustentabilidade ambiental tornando‐o num processo construtivo incontornável. Usa matérias‐primas locais, reutiliza os desperdícios industriais e os produtos de demolição que, sujeitos a processos de reciclagem, podem entrar de novo na produção, reduzindo consideravelmente, desta forma, o “lixo”. No inicio do século XXI a pré‐fabricação em betão estende‐se a todas as áreas da construção. Este livro ilustra o que de melhor se faz, em todo o mundo, na construção com elementos pré‐fabricados em betão. Abre portas para a pré‐fabricação em betão do futuro, revelando as boas práticas do presente. Se este livro despertar novas vontades de utilizar a pré‐fabricação em betão terá cumprido a sua função. Íria Doniak ABCIC José Barros Viegas ANIPB 1 Estruturas pré‐moldadas no mundo Carlos Chastre1 & Válter Lúcio2 Universidade NOVA de Lisboa, Portugal A indústria do betão pré‐fabricado é, por tradição, inovadora, precursora de novas tecnologias e de novos materiais. Importa referir que se designam estruturas pré‐moldadas todas aquelas que são moldados fora do local da sua utilização definitiva e estruturas pré‐ fabricadas as que são moldados em instalações industriais. A produção de estruturas com elementos pré‐fabricados passa pela fabricação dos elementos em ambientes que permitem um controlo de qualidade eficiente, garantindo a qualidade e durabilidade dos produtos pré‐fabricados. Esta é uma das vantagens das estruturas pré‐fabricadas em relação às estruturas moldadas em obra. No entanto, as ligações entre elementos, quando não são projectadas e executadas convenientemente, podem tornar‐se numa desvantagem para as estruturas pré‐fabricadas. Os técnicos de engenharia têm hoje ao seu dispor materiais e conhecimento que permitem conceber e executar ligações eficientes e seguras e que não põem em causa a qualidade e a segurança das estruturas pré‐fabricadas. 1 Engenheiro Civil, Mestre em Eng. de Estruturas, Doutorado em Eng. Civil. Professor Auxiliar na Universidade NOVA de Lisboa, Portugal. Membro da Comissão 6 ‐ Prefabrication da fib. 2 Engenheiro Civil, Mestre em Eng. de Estruturas, Doutorado em Eng. Civil Pró‐Reitor da Universidade NOVA de Lisboa.Professor Associado na Universidade NOVA de Lisboa, Portugal. Sócio Gerente da empresa VERSOR ‐ Consultas, Estudos e Projectos Lda. Membro da Comissão 6 ‐ Prefabrication da fib. Coordenador do TG 6.14 da fib. Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 2 Este livro divide‐se em duas grandes áreas; numa primeira abordam‐se algumas aplicações de estruturas pré‐moldadas no mundo e, numa segunda, descreve‐se o seu comportamento estrutural face a diferentes acções. Em termos de aplicações relata‐se nos capítulos 2 a 4 a experiência da pré‐ fabricação em três países de diferentes continentes: o Brasil, Portugal e a Austrália. Ressalta‐se, neste caso, a abordagem que a indústria da pré‐fabricação fez em anteriores ciclos económicos e como superou as dificuldades encontradas. Para finalizar esta parte do livro, revelam‐se, no capítulo 5, novas oportunidades que poderão surgir para a indústria da pré‐ fabricação. No que diz respeito ao comportamento estrutural das estruturas pré‐moldadas dá‐se um especial enfoque no comportamento das ligações (rígidas e semí‐rígidas), com os capítulos 6 a 8 dedicados à investigação nesta área. Depois, atendendo ao facto do comportamento das estruturas ser diferente conforme se está em zonas sísmicas ou não, da mesma forma a conceção da estrutura também tem de ser diferente. Assim sendo, no capítulo 9 aborda‐se o projecto de estruturas de betão pré‐fabricado às acções acidentais, uma preocupação muito característica de países onde não há registo da ocorrência de sismos e onde as ligações e as estruturas são, por norma, pouco redundantes. Por fim, reservou‐se um conjunto de cinco capítulos aos fenómenos do comportamento das estruturas face às acções sísmicas. Nesta área, grande parte do conhecimento e da tecnologia actual advém da resposta dada pelos investigadores, engenheiros e construtores aos fenómenos naturais que afectam as nossas construções. Neste sentido, relata‐se, no capítulo 10, a experiência do sismo de LʹAquila 2009, em Itália, e, nos capítulos 11 e 12, abordam‐se os princípios básicos e o projecto de estruturas de edifícios pré‐fabricados em zonas sísmicas. No capítulo 13 descreve‐se um importante programa de investigação realizado nos EUA para estudar e viabilizar a inclusão de estruturas pré‐fabricadas em zonas sísmicas. A terminar, no capítulo 14, relata‐se a implementação de ligações dúcteis resistentes a momentos em edifícios pré‐fabricados de betão e do seu bom desempenho no verdadeiro teste sísmico que foram os sismos de Christchurch (2010‐2011). Em particular, no Capítulo 2, aborda‐se o tema das estruturas de betão pré‐moldado no Brasil, começando por apresentar o histórico da pré‐ fabricação em betão e as vantagens deste tipo de construção. Em seguida, desenvolvem‐se dois temas cada vez mais importantes na construção, como são o caso da sustentabilidade e da normalização. Por fim, mostram‐se alguns casos de aplicações da pré‐fabricação no Brasil. Estruturas pré‐moldadas no mundo 3 Por sua vez, no Capítulo 3, apresenta‐se um olhar sobre a pré‐fabricação em betão em Portugal. Começando por situar a indústria da pré‐fabricação no panorama português, faz‐se, em seguida, uma descrição das vantagens e dificuldades tradicionais na utilização de elementos estruturais pré‐fabricados em Portugal. Na continuação, refere‐se o tema das ligações típicas utilizadas em viadutos e em edifícios. Por fim, mostram‐se algumas realizações da indústria de pré‐fabricação portuguesa. O desenvolvimento da pré‐fabricação em Melbourne, na Austrália, é abordado no capítulo 4, onde se detalham e ilustram os conceitos (soluções, componentes, ligações e montagem) que têm sido adotados e desenvolvidos para ir ao encontro do mercado local. Em Melbourne os edifícios variam entre dois e vários pisos e, em termos de metros quadrados, entre algumas centenas a dezenas de milhares. Num mercado onde o clima tem pouco impacto nos métodos de construção, os fatores de competição são geralmente os custos e outros fatores indiretos, tais como a redução da mão de obra in situ e a segurança. A pré‐fabricação em Melboune tem evoluído de componentes modulares simples para outros projetos de componentes bastante complexos que são, contudo, de fabrico e montagem simples. A padronização, em vez da modulação, permitiu o uso de componentes que são facilmente produzidos em projetos de arquitetura arrojados. Além da segurança, o aspeto mais crítico realçado no sucesso da construção pré‐ fabricada é o conceito inicial. Para manter todas as vantagens e reduzir as limitações, é fundamental que o projeto seja concebido como uma estrutura pré‐fabricada desde o início. Atendendo à crescente procura de novas fontes de energia, novas oportunidades poderão surgir para a indústria da pré‐fabricação provenientes deste sector. Num mercado até agora dominado pelas estruturas de aço e com a crescente necessidade de ir mais longe, o futuro deste mercado passará, necessariamente, pelas estruturas pré‐fabricadas. Neste sentido, destinou‐se o capítulo 5 para a apresentação de estruturas de suporte de turbinas eólicas. O objetivo do capítulo 6 é apresentar uma síntese da investigação realizada sobre ligações em estruturas de betão pré‐moldado desenvolvidas entre 2000 e 2010 na Universidade de São Paulo e envolvendo dois tipos de ligações: pilar ‐ fundação por meio de cálice e viga ‐ pilar. No caso da ligação por cálice de fundação são apresentados os modelos e recomendações para ligações com interface lisa e rugosa. No que diz respeito à ligação viga ‐ pilar, apresentam‐se os estudos realizados com almofada de argamassa modificada, no sentido de promover uma certa rigidez às ligações que seriam articuladas, o que conduz a um comportamento semi‐rígido das Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 4 ligações. Por fim, abordam‐se dois tipos de ligações viga ‐ pilar para edifícios industriais e para estruturas com diversos pisos. No capítulo 7 descreve‐se o trabalho que tem sido desenvolvido sobre ligações rígidas em estruturas pré‐fabricadas na Universidade NOVA de Lisboa. Apresentam‐se estudos efectuados no âmbito das ligações viga‐pilar, pilar‐fundação, parede resistente‐fundação e painel de fachada‐pilar. Os trabalhos apresentados referem‐se a estudos sobre o comportamento das ligações para acções estáticas mas, em alguns casos, também o seu comportamento para as acções sísmicas. No capítulo 8 apresentam‐se alguns trabalhos de investigação que têm vindo a ser realizados no NETPRE‐UFSCar, em colaboração com a Universidade de Nottingham, em Inglaterra, no âmbito das ligações semi‐rígidas em estruturas pré‐moldadas de betão. Referem‐se, igualmente, os principais aspetos das estruturas pré‐moldadas com ligações viga‐pilar resistentes à flexão, considerando o efeito semi‐rígido no comportamento global das estruturas com diversos pisos. As estruturas pré‐fabricadas são mais sensíveis ao colapso progressivo após uma explosão ou outra ação acidental do que as estruturas betonadas in situ. Uma estrutura é normalmente projetada para suportar as cargas causadas pela sua função normal, mas deve haver uma probabilidade razoável de não colapsar de forma catastrófica sob os efeitos de um uso moderado e inadequado ou de um acidente. O colapso progressivo é um eventorelativamente raro, porque requer ao mesmo tempo uma ação acidental para iniciar os danos locais e uma estrutura à qual falta a continuidade adequada, a ductilidade e a redundância para resistir à propagação dos danos. É tecnicamente muito difícil e economicamente proibitivo projetar edifícios para uma segurança absoluta. Contudo, é possível construir edifícios com um grau aceitável de segurança em relação às ações acidentais. O objetivo do capítulo 9 é, de forma sumária, apresentar o conhecimento atual sobre o assunto e fornecer a orientação para o projeto de estruturas pré‐fabricadas que resistem ao colapso progressivo. No capítulo 10 são discutidas as características do sismo que atingiu a cidade de Lʹ Aquila, em Itália, em abril de 2009. Existia uma grande variedade de edifícios, desde monumentos medievais em pedra aos edifícios modernos de betão. São abordados os conceitos negligenciados no projeto, na construção e na utilização que conduziram aos danos observados. Dá‐se especial atenção às estruturas de betão pré‐fabricado, cujo comportamento é analisado face ao sismo. Embora nenhuma destas estruturas se tenha desmoronado ou causado vítimas, algumas sofreram danos consideráveis, Estruturas pré‐moldadas no mundo 5 necessitando de reparações consideráveis, o que levou à quebra da atividade produtiva durante algum tempo. Também se mostra a forma eficaz como foram acionados os socorros imediatos e os posteriores à ocorrência do sismo. Um projeto estrutural adequado é fundamental para que a satisfação dos requisitos fundamentais de uma estrutura sejam alcançados sob a ação de um sismo. A experiência baseada na história da engenharia sísmica e a experiência recente sobre o comportamento das estruturas de betão armado mostrou que, apesar da enorme evolução dos meios informáticos, a satisfação dos requisitos fundamentais do projeto sísmico não pode ser alcançada diretamente por meio de cálculos, tendo‐se verificado que a observância de alguns conceitos básicos de projeto é mais importante. O capítulo 11 enfatizará a grande importância da primeira etapa do projeto, a chamada conceção estrutural. Em seguida, no capítulo 12, abordam‐se as disposições de projeto para edifícios pré‐fabricados em zonas sísmicas. Como se sabe, a principal diferença entre as estruturas de betão armado tradicionais, monolíticas e betonadas no local, e as estruturas pré‐fabricadas correspondentes é que estas últimas são compostas por vários elementos de suporte produzidos numa fábrica e não em obra. Por conseguinte, a estrutura é composta por um conjunto de ʺelementosʺ que são reunidos através de ʺligaçõesʺ. Assim, quando se projetam estruturas pré‐fabricadas, deve ser dada especial atenção não só à sua resistênca e deformabilidade, mas também às ligações. Além disso, deve‐se igualmente considerar a sua localização no sistema estrutural, uma vez em que elas afetam a resposta da estrutura total sob ações sísmicas. Torna‐se, portanto, óbvio que se levantem questões de regras adicionais de projeto e de disposições de projeto, em comparação com estruturas monolíticas equivalentes, quando se lida com o projeto de estruturas pré‐fabricadas em zonas sísmicas. Neste capítulo será dada especial ênfase às ligações nos diversos sistemas de estruturas pré‐fabricadas e à sua influência na ductilidade e rigidez do sistema estrutural. No início de 2003 o Conselho de Desenvolvimento e Investigação do PCI deu início a uma investigação que durou cerca de cinco anos e que tinha por objectivo o desenvolvimento de uma recomendação prática para a indústria de componentes, tendo em vista a conceção e construção dos diafragmas que usam componentes de betão pré‐fabricado/pré‐esforçado. A construção de parques de estacionamento em betão pré‐fabricado é uma das actividades mais importantes da indústria de pré‐fabricação nos EUA. A alternativa preferida pelos construtores de parques de estacionamento é a construção em diafragma sem camada de betão complementar, mas esse tipo de Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 6 construção não é permitido em regiões de alto risco sísmico. Além disso, alguns parques com diafragmas pré‐fabricados sem a camada de betão complementar não tiveram um bom comportamento no sismo de Northridge, em 1994. No capítulo 13 apresenta‐se o projecto de investigação e os seus principais resultados relacionados com a metodologia de projeto para diafragmas sísmicos. Finalmente, no capítulo 14, começa‐se por questionar se os limites da pré‐ fabricação são reais ou subentendidos, apresentam‐se filosofias e soluções alternativas de projeto sísmico para edifícios de betão pré‐fabricados, mostrando‐se igualmente algumas implementações em obra da tecnologia PRESSS desenvolvida nos EUA no final da década de 90. Em seguida, reporta‐se o verdadeiro teste de desempenho sísmico da tecnologia PRESSS que foram os sismos de Christchurch (2010‐2011). Por fim sugere‐se, depois dos sismos de L’Aquila e de Christchurch, que esta é uma oportunidade para implementar ligações dúcteis resistentes a momentos em edifícios pré‐ fabricados de betão. 2 Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações Íria Lícia Oliva Doniak1 ABCIC ‐ Associação Brasileira da Construção Industrializada de Concreto ‐ São Paulo, Brasil Daniela Gutstein2 Intertechne Estruturas ‐ São Paulo, Brasil 2.1 Introdução Esse capítulo tem como objetivo proporcionar uma visão sistêmica do processo de pré‐fabricação em concreto no âmbito da construção civil brasileira que vive um momento ímpar devido às demandas crescentes ocasionadas pelo crescimento econômico dos últimos anos, pelos investimentos do governo brasileiro e da iniciativa privada, bem como pelo preparo do país para sediar a Copa do Mundo de Futebol 2014 e os Jogos Olímpicos 2016, dentre outros. A estrutura pré‐fabricada vem sendo aplicada de forma crescente em diversos setores do país, como na área de energia, transportes, logística, infraestrutura, habitacional, industrial e 1 Engenheira Civil. Presidente Executiva da ABCIC ‐ Associação Brasileira da Construção Industrializada de Concreto. Membro da Comissão 6 ‐ Prefabrication da fib. 2 Engenheira Civil. Doutorada em Eng. Civil. Coordenadora da CE de Lajes e Painéis Alveolares de Estruturas de Concreto Pré‐Moldado ‐ CB‐18/ABNT. Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 8 comercial, sempre que a agilidade de construção e qualidade são condicionantes para a viabilidade da obra. Para isso, apresenta‐se inicialmente um histórico da pré‐fabricação em concreto com o objetivo de situar o leitor quanto à evolução das aplicações e do desenvolvimento de tecnologia da pré‐fabricação brasileira na escala do tempo. Em seguida, são discutidos os principais conceitos relacionados às vantagens e desvantagens do emprego da pré‐fabricação e também aos aspetos de sustentabilidade. Em Normalização mostra‐se o panorama geral das normas técnicas brasileiras existentese em fase de estudo ou revisão dentro do contexto da pré‐fabricação de concreto e seus principais aspetos. Por fim apresentam‐se em Aplicações de estruturas pré‐fabricadas algumas obras brasileirasimportantes, assim como os principais conceitos que estãoenvolvidos nos sistemas estruturais relacionados (sistemas aporticados, em esqueleto, painéis portantes, fachadas, arquibancadas e fundações) e conclusões. 2.2. Histórico da pré‐fabricação em concreto A industrialização da Construção Civil invariavelmente, ao longo da história da humanidade, está associada a questões sociais e mercadológicas. Aspetos conceituais presentes na industrialização como coordenação modular, engenharia de materiais e racionalização já estavam presentes na complexidade das obras da Grécia Antiga ou da Arquitetura Gótica. Na Europa, após a Segunda Guerra Mundial em 1942, a necessidade de um grande número de unidades habitacionais e infraestrutura, aliando cronogramas ousados, porém com qualidade, culminou no surgimento de sistemas construtivos que possibilitassem elevada produtividade. A partir de então, deu‐se início ao aprimoramento, ao desenvolvimento tecnológico e à seleção das soluções iniciais. Nesse contexto a pré‐fabricação em concreto se tornou o meio mais difundido para a industrialização da construção civil. Remontando a história da pré‐fabricação no Brasil, o primeiro marco da pré‐ fabricação de concreto, segundo Vasconcelos (2002) corresponde àobra do Hipódromo da Gávea no Rio de Janeiro em 1926. Elementos pré‐moldados foram utilizados nas fundações e no muro que contorna o perímetro da área reservada do hipódromo. Ao final da década de 50, são elaborados os primeiros projetos pontuais em estrutura pré‐moldada e são executados vários galpões com elementos pré‐moldados em canteiro de obras da construtora Mauá em São Paulo. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 9 É no início da década de 60 que se inicia de fato a preocupação com a racionalização e industrialização propriamente dita no Brasil, quando são feitas as primeiras experiências com componentes pré‐fabricados leves. Nesse período são exemplos os painéis artesanais de concreto de Carlos Milan, os painéis de fibrocimento e os aglomerados de raspas de madeira (SERRA et al, 2005). Segundo Vasconcelos (2002), nesse período destacou‐se a obra industrial do Curtume Franco Brasileiro, em Barueri, que utilizou concreto pré‐moldado em canteiro na execução dos pavilhões da fábrica. Outro importante marco foi em 1962, em que foram utilizadas placas pré‐ moldadas e vigas pré‐moldadas protendidas nos prédios de escritórios e almoxarifados, do Setor Norte do Campus da Universidade de Brasília, projetado pelo arquiteto Oscar Niemeyer. O processo de fabricação dos elementos pré‐moldados em canteiro foi filmado nessa obra, o que se constitui num importante documentário sobre o tema (VASCONCELOS, 2002). Outro marco importante corresponde à utilização de pré‐fabricados em estrutura reticulada, em 1964, na construção do Conjunto Residencial da Universidade de São Paulo (CRUSP) para abrigar estudantes de outras cidades. Nessa obra foram construídos 12 prédios com 12 pavimentos cada utilizando de estrutura reticulada. Elementos pré‐moldados foram utilizados em sistemas estruturais inovadores para a época, constituindo doze edifícios de doze pavimentos, projetados pelo Fundo de Construção da Universidade de São Paulo (FUNDUSP). Em 1996 é criado pelo governo brasileiro o BNH (Banco Nacional da Habitação) com a finalidade de diminuir o déficit habitacional no país impulsionando o setor da construção civil. Inicialmente adotou uma postura de incentivo ao emprego maciço de mão de obra não qualificada no canteiro de obras. Na metade da década de 70, o BNH muda a sua postura, adotando estímulos tímidos à pré‐fabricação em concreto. Segundo Oliveira apud Serra et al (2005) o BNH e seus agentes patrocinam a pesquisa e o desenvolvimento de alguns processosconstrutivos a base de componentes pré‐fabricados e organizam a instalação de canteiros experimentais na Bahia e em São Paulo, mas infelizmente não obedecem às normas de qualidade e de padronização. A construção destes edifícios apresentou muitos problemas patológicos e de ordemfuncional, acrescendo em muito o custo da sua manutenção e, por isso, alguns tiveram até que ser demolidos. Nos anos 70, com o início do chamado ʺMilagre Brasileiro”, o Brasil era considerado como o país do futuro e o investimento em tecnologia Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 10 promoveu a ampliação das possibilidades de aplicações do concreto pré‐ moldado. Assim, efetivamente no início dos anos 1980, a pré‐fabricação começa a ter maior visibilidade na execução de obras industriais e especialmente em obras de empresas multinacionais, as quaisjá vinham adotando esse sistema construtivo para suas obras fora do Brasil. Nessas obras já se adotavam conceitos de industrialização e de alta produtividade, com exigências rigorosas no controle de qualidade. Essas características também motivaram a continuidade do emprego do pré‐fabricado na construção civil, em obras das grandes redes de hipermercados no Brasil, no início da década de 1990, devido também à rapidez construtiva requerida nessas obras, contribuindo sobremaneira para consolidação desse conceito. Se por um lado a execução de obras industriais e comerciais difundiu a pré‐ fabricação, por outro, o sistema construtivo com pré‐fabricado passou naquele momento a ser associado a obras com pouca liberdade arquitetônica. Esse paradigma foi quebrado no final da década de 1990 com a introdução de novas conceções arquitetônicas e de inovações tecnológicas, em que o projeto arquitetônico pode ser voltado às demandas específicas e às particulares da estrutura pré‐fabricada, aproveitando‐se de maior eficiência estrutural que pode ser alcançada, ampliando ainda mais o emprego dos sistemas estruturais pré‐fabricados. Mais recentemente, a busca por estruturas que sejam sustentáveis e adaptáveis (como para mudanças de utilização ou renovação arquitetônica) vem aumentando o emprego das estruturas pré‐fabricadas. Atualmente evidencia‐se a grande aplicabilidade da pré‐fabricação em concreto em obras industriais, comerciais, habitacionais e de infraestrutura (pontes, viadutos, passarelas, portos, aeroportos e na área de energia), além da vasta aplicação em complexos esportivos como estádios e arenas (Figura 2.1). A indústria brasileira está apta à fornecer estruturas e elementos pré‐ fabricados que podem ser empregados da fundação à fachada de edificações em geral, com desenvolvimento tecnológico compatível a empresas internacionais desse segmento. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 11 Figura 2.1 Estádio João Havelange em estrutura pré‐fabricada ‐ Rio de Janeiro/Brasil 2. Vantagens Apresentam‐se, a seguir, os conceitos elementares que estão envolvidos na conceção, produção e montagem de estruturas pré‐fabricadas e que são considerados ao longo deste capítulo. São os seguintes: Racionalização, conjunto de ações reformadoras que se propõem a substituir práticas rotineiras convencionais por recursos e métodos baseados em raciocínio sistemático, visando a eliminar a casualidade das decisões (ROSSO,1980); Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 12 Industrialização, emprego de forma racional e mecanizada de materiais, meios de transportes e técnicas construtivas para se obter maior produtividade; Pré‐moldagem, processo de construçãoem que elementos estruturais ou parte da estrutura de uma obra são moldados fora do local de sua utilização definitiva; Pré‐fabricação, processo de construção em que os elementos estruturais ou parte da estrutura de uma obra são moldados em instalações industriais. A diferenciação entre as definições de pré‐moldagem e de pré‐fabricação tem como origem a ABNT NBR 9062:2006, em seus requisitos de elementos pré‐moldados e pré‐fabricados (itens 3.10 e 3.11, em ordem), complementados especialmente pela Seção 12 – Controle de Execução e Inspeção. Adicionalmente, as prescrições estabelecidas na ABNT NBR 14931:2004 e ABNT NBR 12655:2006 definem condições específicas para elementos pré‐fabricados: mão de obra treinada e especializada, concreto com desvio padrão máximo de 3,5 MPa (exceto para aqueles de consistência nula), adoção de máquinas e equipamentos industriais, processo de cura com temperatura controlada e controle tecnológico com inspeção vinculada a um processo de identificação e rastreabilidade dos produtos. O fato de que os elementos pré‐fabricados sejam submetidos a exigências mais rigorosas de execução e de controle não indica necessariamente que a qualidade dos elementos pré‐moldados (em canteiro de obras) seja inferior a esses elementos. Em ambas condições os elementos devem atender aos requisitos previstos na normalização aplicável e apresentar conformidade com os projetos. A indústria, por se tratar de uma instalação permanente, para ser qualificada como tal, deve manter o processo sob controle, o que envolve a utilização de métodos padronizados, máquinas e equipamentos definidos, mão de obra capacitada, instrumentos de medição, inspeção e ensaios aferidos, matérias‐primas selecionadas e com desempenho avaliado em intervalos estabelecidos. Observadas essas diretrizes, é possível assegurar a qualidade requerida. Os conceitos de racionalização e de industrialização, portanto, apresentam interface com a estrutura pré‐moldada e pré‐fabricada. É possível que uma indústria de pré‐fabricados não demonstre um processo racionalizado e que um canteiro de produção de elementos pré‐moldados possa ser extremamente racionalizado. Isso pode ocorrer se a indústria não atender aos requisitos normativos (ABNT NBR 9062:2006 ‐ itens 12.1.2.1 a 12.1.2.5), enquanto o canteiro atende a todos os critérios de conformidade para os Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 13 elementos produzidos. No entanto, o processo industrial pode proporcionar maior racionalização da construção por ser mais viável, nessas condições, a implementação gradativa de mecanização, capacitação e comprovação experimental das resistências e padrões requeridos, o que pode resultar em maior economia, maior controle de qualidade e maior sustentabilidade. Em relação às limitações para adoção da pré‐fabricação no Brasil, pode‐se ressaltar que essas limitações não estariam correlacionadas ao desenvolvimento tecnológico da indústria. A indústria nacional tem investido fortemente na adoção de tecnologias compatíveis com as tendências internacionais, na ampliação da capacidade produtiva de suas instalações, bem como nos programas de qualidade, produtividade, segurança e meio ambiente. As barreiras que a pré‐fabricação brasileira ainda precisa vencer dizem respeito a aspetos tributários, pois é tributada como indústria, diferentemente do que ocorre em países desenvolvidos. Além disso se devem também à falta de mecanização dos canteiros de obras, que já vem sendo revertida, com a escassez de mão de obra, bem como existe ainda a necessidade de difundir a cultura de pré‐fabricação em vários níveis, envolvendo o meio acadêmico, técnico e governamental, como os órgãos públicos ligados aos processos de licitação, entre outros. 2.4. A pré‐fabricação em concreto e a sustentabilidade Assim como para as demais estruturas de concreto, a pegada de carbono que está associada às estruturas pré‐fabricadas deve ser considerada em duas perspetivas. A primeira se refere desde a quantidade de energia e de carbono envolvidos até a montagem da estrutura e demais acabamentos para o término da obra no local, a qual está ligada com qualquer tratamento futuro para atingir a estética ou a manutenção requeridas pelos produtos ao longo da vida útil da estrutura. O segundo aspeto, mais significativo, refere‐ se a como o produto contribui para a eficiência energética da edificação ou do projeto como um todo. Dessa forma, os aspetos de sustentabilidade considerado na análise de estruturas em concreto em geral, valem também para as estruturas pré‐fabricadas, porém nesse tipo de estrutura pode‐se alcançar mais facilmente os requisitos de estruturas sustentáveis devido à maior racionalização da construção, que se dá por meio de: economia das jazidas naturais; Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 14 minimização da produção de resíduos; utilização de materiais locais e aproveitamento da reciclagem de materiais; racionalização da obra; preservação do patrimônio devido à flexibilidade e adaptabilidade das edificações pré‐fabricadas e à redução de custos em manutenção e maior longevidade. A racionalização da construção, por sua vez, permite também a utilização de concretos que são por si só de elevada eficiência energética, ou seja, o consumo de cimento é minimizado na produção dos elementos pré‐ moldados com relação à resistência característica do concreto produzido (consumo de cimento em kg / resistência em MPa), devido aos aspetos anteriores e também à utilização mais frequente de concreto de alta resistência, ou de alto desempenho, ou de concreto autoadensável. O emprego de concretos com alta resistência mecânica e com elevada durabilidade (concreto de alto desempenho) pode contribuir sobremaneira para a sustentabilidade. Segundo Helene (2007)3 , ao aumentar a resistência dos concretos, é possível reduzir as dimensões dos elementos estruturais, principalmente os comprimidos, reduzindo os volumes finais de materiais. Já o emprego de concretos autoadensáveis tem sido ainda mais viabilizado nos processos industriais de produção de elementos pré‐moldados e pré‐ fabricados e promove a produção de estruturas ainda mais sustentáveis. Além disso, permite maior eficiência produtiva das fábricas, viabiliza turnos noturnos de produção com menos ruídos, maior economia de formas (pelo menor desgaste das mesmas com a exclusão da etapa de vibração do concreto), menor desgaste de equipamentos, da mão de obra empregada e da respetiva saúde dos trabalhadores. O emprego de pré‐moldados em projetos sustentáveis pode também proporcionar maior eficiência energética de edificações, tais como as relacionadas ao desempenho térmico, acústico e de armazenamento e aproveitamento de águas pluviais. Podem ser empregados painéis e lajes pré‐moldadas para fins de isolamentos e passagem de tubulações, bem como em projetos de sistemas integrados – como mostrado em fib (CEB‐FIP, 2003) e SCHOKKER (2010). 3 Em palestra realizada pelo autor no 49o Congresso Brasileiro do Concreto (IBRACON), em Bento Gonçalves, sobre Concreto e Sustentabilidade. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 15 Dentre os benefícios mais importantes citados por SCHOKKER (2010),destacam‐se: a possibilidade de reutilização ou reciclagem dos elementos pré‐ moldados; a minimização de fôrmas e andaimes, de interferência e lixo no ambiente, maximizando o controle de qualidade; a otimização e muitas vezes a minimização das dimensões das seções e dos materiais utilizados com o emprego do concreto protendido; as melhorias no conforto térmico e na eficiência energética, maximizando a reflexão solar e a inércia térmica da edificação ; a possibilidade de melhoria da qualidade do ar interno, reduzindo ou eliminando os compostos orgânicos voláteis (VOCs)4 ; o controle da planta de produção, que pode aumentar significativamente a vida útil da estrutura em até 100 anos; a possibilidade de minimizar a infiltração de ar e umidade por meio do emprego de painéis pré‐fabricados de concreto e também de controlar as ações de resfriamento e aquecimento na estrutura pela inércia térmica dos elementos de concreto; a resiliência, ou poder de recuperação da estrutura, particularmente contra ataques terroristas e desastres naturais, tais como incêndios, furacões, tornados e enchentes (mudanças climáticas). Assim, quando se tem um controle de qualidade e rastreabilidade do processo aliado ao uso do desenvolvimento tecnológico, como o ambiente industrial propícia, passa a ser possível racionalizar com maior eficácia. Havendo maior compatibilidade entre projeto e produção, com a adoção de concretos de alto desempenho e autoadensável, é possível otimizar a seção dos elementos, utilizar concreto protendido em alguns produtos e, consequentemente, poupar as jazidas naturais. Isso também é possível pela adoção e incorporação de materiais recicláveis cujo controle também é maior 4 VOCs (Volatileorganiccompounds, ou compostos orgânicos voláteis) degradam a qualidade do ar interno devido à liberação de gases que são provenientes de novos produtos (como de acabamentos internos, carpetes, móveis e os resultantes de madeira manufaturada como laminados e MDF). Combinam‐se com outros produtos manufaturados químicos presentes no ar e formam camada de ozônio no pavimento. Pisos polidos de concreto não requerem revestimentos como o carpete e outros, assim como paredes de concreto não requerem acabamentos de outros materiais, os quaisapresentem esses compostos, podendo‐se optar por outros materiais de baixo nível de VOCs como selantes, impermeabilizantes e outros. Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 16 na indústria. Com qualidade garantida, a vida útil das estruturas também é assegurada. A adoção de tecnologia avançada requer maior qualificação da mão de obra e, por isso, as indústrias investem em capacitação de seus funcionários (escolaridade e treinamentos), que envolve as temáticas de cultura, de segurança e de consciência ambiental. Enfim é um ciclo virtuoso, especialmente nas empresas detentoras do Selo Excelência ABCIC, que em síntese, é um mecanismo de controle, medição e de progressão do sistema da qualidade nas empresas de sistemas pré‐fabricados que participam desse programa desenvolvido pela ABCIC (Associação Brasileira da Industrialização da Construção Civil), em consonância com as normas técnicas vigentes. 2.5. Normalização 2.5.1. Contexto geral da normalização de estruturas de concreto A normalização técnica tem como princípio registrar o conhecimento adquirido e aprovado por consenso, voluntariamente, sobre um determinado tema, de forma a trazer benefícios para a sociedade (BATTAGIN, 2011). Esses benefícios podem ser traduzidos em segurança (como no caso das estruturas), podem ser materiais (caso do estabelecimento de saudáveis ambientes de concorrência comercial) ou simplesmente, na facilidade de entendimento entre partes. A hierarquia da normalização brasileira de estruturas de concretotem como base o atendimento a documentos gerais que regem a construção de estruturas civis, elaboradas com qualquer material, para uma determinada tipologia de obra. São as normas de ações e segurança e correlatas, para as obras de edificações, por exemplo. A normalização de estruturas pré‐ moldadas de concreto, por sua vez, segue as regras estabelecidas nas normas de concreto (em âmbito geral), na norma específica elaborada para as estruturas pré‐moldadas (ABNT NBR 9062) e nas demais normas de produtos (como a norma de Lajes Alveolares de Estruturas de Concreto Pré‐ Moldadas). A Figura 2.2 ilustra a hierarquia da normalização brasileira de estruturas de concreto onde se insere a norma de estruturas de concreto pré‐moldado e sintetiza a atual condição das normas para estruturas de edificações correntes. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 17 Figura 2.2 Hierarquia da normalização brasileira de concreto para estruturas de edifícios (Fonte: Battagin, 2011) ABNT NBR 14432 – Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações ABNT NBR 6118 Projeto de estruturas de concreto ABNT NBR 12655 Concreto de cimento Portland – Preparo, controle e recebimento Especificações de cimento (8 Normas) ABNT NBR 7211 – Agregados para concreto ABNT NBR 11768 – Aditivos para concreto ABNT NBR 13956 – Sílica ativa para uso em cimento Portland, concreto, argamassa e pasta ABNT NBR 15894 – Metacaulim para uso com cimento em concreto, argamassa e pasta ABNT NBR 14931 Execução de estruturas de concreto ABNT NBR 7212 – Concreto dosado em central ABNT NBR 15900 – Água para amassamento do concreto ABNT NBR 15200 – Projeto de estruturas de concreto em situação de Incêndio Ensaios de concreto fresco Ensaios de concreto endurecido ABNT 15696 – Formas e escoramentos para estruturas deconcreto ABNT NBR 8953 – Classificação do concreto por grupos de resistência, massa específica e consistência Normas de aço e outros insumos ABNT NBR 15873 – Coordenação modular para edificações ABNT NBR 15575 – Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos – Desempenho ABNT NBR 6122 – Projeto e execução de fundações ABNT NBR 8681 – Ações e segurança nas estruturas ABNT NBR 6120 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações ABNT NBR 15421 – Projeto de estruturas resistentes a sismos ABNT NBR 6123 – Forças devidas ao vento em difi õ Ensaios de cimento Ensaios de agregados ABNT NBR 15577 Ensaios de aditivos ABNT NBR 15823 – Concreto autoadensavel Ensaios de sílicaativa Ensaios de Ensaios de aguaEnsaios ABNT NBR 9062 Projeto e execução de estruturas pré- moldadas de concreto Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 18 Pode‐se observar na Figura 2.2 as demais normas relacionadas que servem a todos os tipos de estruturas (concreto, madeira, aço, etc) indicadas com as bordas azuis tracejadas. Na Figura 2.3 mostra‐se em detalhe onde se inserem as normas específicas de produtos pré‐moldados já existentes, em elaboração e planejamento. Além dessas, existem outras normas relacionadas à artefatos de concreto pré‐moldado, bem como demais normas de referência (como de métodos de ensaios e procedimentos laboratoriais válidos para estruturas de concreto em geral) que não estão incluídas nesse organograma por simplificação. No contexto internacional, normas específicas e manuais aplicados aos sistemas e produtos pré‐fabricados têm sido publicados e revisados constantemente, envolvendo representantes do meio acadêmico e da área tecnológica. Têm direcionado o desenvolvimento de normas técnicas no âmbitodo CEN (EuropeanCommittee for Standardization) e demais órgãos internacionais de normalização. Assim, para a complementação da normalização de estruturas pré‐moldadas também podem ser consultados os manuais do PCI (Precast/Prestressed Concrete Institute) e da fib (CEB‐FIP) (Fédération Internationale du Béton) relacionados aos temas. Figura 2.3 Hierarquia da normalização brasileira de estruturas de concreto pré‐moldadas Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 19 2.5.2. Normas de estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil A partir da publicação da revisão da norma de estruturas de concreto foi iniciado o processo de revisão da norma de estruturas de concreto pré‐moldadas, que por sua vez é a norma de referência para os produtos pré‐moldados já existentes ou em elaboração. Assim, em 2006 foi publicada a revisão da norma Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré‐ moldado (ABNT NBR 9062:2006), com as atualizações frente às prescrições da norma Projeto de Estruturas de Concreto (ABNT NBR 6118:2003), bem como às tendências internacionais de normalização e inovações tecnológicas na área de estruturas pré‐moldadas. Para isso, foram utilizados como referência as normas e manuais internacionais citados anteriormente e também o Selo de Excelência ABCIC (Associação Brasileira da Construção Industrializada de Concreto) dentro do contexto da ABNT NBR 9062. O Selo foi um importante material de consulta uma vez que seu conteúdo já havia sido discutido e consensado por diversos fabricantes de produtos pré‐ moldados em Comitês de estudo específicos da ABCIC. A atual ABNT NBR9062 trouxe especificações importantes para estruturas pré‐moldadas e pré‐fabricadas, do projeto à produção, em queseus elementos também podem ser projetados tendo como base ensaios de comprovação experimental. Merecem destaque nesta norma os aspetos relacionados à estruturas e produtos pré‐moldados: Classificação dos elementos em pré‐moldados e pré‐fabricados (com maior detalhamento ao longo do corpo da noma) Estabilidade global de estruturas pré‐moldadas Tolerâncias de fabricação Projeto acompanhado por verificação experimental Limites de deslocabilidade em condições de serviço Dimensionamento e detalhamento de elementos Durabilidade: cobrimento das armaduras Aspetos de segurança das estruturas Atualização das referências normativas, destacando‐se aquelas relacionadas a ações provenientes de sismo e incêndio, entre outras. No entanto, o detalhamento atribuído a alguns produtos específicos pré‐ moldados não foi tratado na última versão da ABNT NBR 9062. Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 20 Recentemente, no âmbito do Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados (ABNT/CB‐18), foi criada a Comissão de Estudos de Lajes e Painéis Alveolares de Estruturas de Concreto Pré‐fabricadas (CE‐18:600.19) que tem como principal objetivo a normalização desses dois produtos pré‐ fabricados. Inicialmente essa Comissão trabalhou na elaboração e publicação da norma de Lajes Alveolares Pré‐moldadas de Concreto Protendido (ABNT NBR14861, publicada em outubro de 2011). Essa norma tem em seu escopo prescrições importantes que seguem as diretrizes internacionais de normalização, mas também os aspetos técnicos e construtivos da cultura de engenharia brasileira, já que as lajes alveolares são produtos muito difundidos na construção civil do país, em diferentes sistemas construtivos adotados, tais como nas estruturas pré‐fabricadas, pré‐ moldadas, mistas e híbridas.Essa Comissão de Estudos tomou como base as diretrizes da EN 1168 (Precast Concrete Products–Hollow Core Slabs), em sua última versão de 2005, que é referenciada pelo Eurocode2 para as especificações do produto laje alveolar. No contexto internacional, também foram utilizados os manuais do fib (CEB‐FIP) e PCI, bem como o manual de lajes alveolares ASSAP (Association of Manufacturers of Prestressed Hollow Core Floors). No contexto nacional, a Comissão adotou como referência as diversas publicações do setor como aquelas provenientes de consenso interno da ABCIC (como o Selo de Excelência) e do NETPRE/UFSCar (Núcleo de Estudos de Estruturas Pré‐Moldadas de Concreto, da Universidade Federal de São Carlos), entre outros. Foram utilizadas publicações e resultados experimentais de estudos realizados em parceria entre o NETPRE/UFSCar e fabricantes de lajes alveolares (Figura 2.4), que forneceram indicativos importantes do comportamento desses elementos no Brasil. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 21 Figura 2.4 Ensaio de cisalhamento de lajes alveolares protendidas pré‐fabricadas em instalações de fábrica com parceria do meio acadêmico. Embora as lajes alveolares já tenham sido muito estudadas pela comunidade internacional sob diversos aspetos (comportamento estrutural à flexão, ao cisalhamento, ao fogo e a solicitações dinâmicas, por exemplo), a Comissão considerou que as mesmas devem ser analisadas à luz da cultura de utilização das lajes alveolares nas obras brasileiras, onde os projetos apresentam condições particulares em relação aos projeto usuais norte‐ americanos e europeus. A norma ABNT NBR 14861:2011 prevê em seu texto tópicos importantes de definições, como da laje alveolar propriamente dita, da capa estrutural e do capeamento, das chavetas e do chaveteamento, entre outros. Em seguida, são abordadas prescrições de projeto das seções transversais de lajes alveolares (como o comportamento à flexão e ao cisalhamento) e dos sistemas estruturais formados pelas lajes alveolares (comportamento dos sistemas de pisos com continuidade e efeito diafragma, entre outros), considerando as condições especiais de carregamento que podem estar submetidos os elementos e os sistemas de pisos. Além disso, são também abordados aspetos de fabricação, montagem e solidarização dos sistemas de pisos em obra, além de controle de qualidade desde a fabricação até a finalização propriamente dita dos sistemas de pisos formados pelas lajes alveolares. Para isto, a presente norma aborda em capítulo exclusivo os assuntos relacionados ao Capeamento Estrutural, com definição pioneira em Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 22 normas técnicas brasileiras, incluindo também atribuições de responsabilidades, entre outros. Para a realização desse trabalho, a Comissão contou com a participação da ABCIC, especialmente na coordenação dos trabalhos do Grupo 1 (Materiais, Produto e Produção), com o NETPRE, na coordenação dos trabalhos do Grupo 2 (Dimensionamento de seções transversais de lajes alveolares pré‐ fabricadas e Verificações de projeto) e com o apoio de fabricantes de lajes alveolares, por meio de representante do setor na coordenação do Grupo 3 (Dimensionamento de sistemas estruturais e Critérios de projeto) e da própria Comissão de Norma. Também contou com o apoio da ABECE e de diversas empresas de projeto de estruturas pré‐moldadas, dentre outros membros participantes. Além disso, foi muito importante a troca de informações ao longo do processo ocorridas entre as comissões da fib (em especial fib Comission 6 on prefabrication) e PCI por intermédio dos representantes brasileiros da ABCIC nessas comissões. Maiores informações sobre esse projeto de norma,tais como sobre a forma de trabalho, principais assuntos, membros envolvidos e documentos de referência podem ser encontradas em Gutstein et al. (2010). 2.5.3. Outras normas relacionadas relevantes A norma ABNT NBR 15200:2004 – Projeto de Estruturas de Concreto submetidas a Incêndio, está atualmente em fase final de revisão no âmbito do CB‐2/ABNT. Dentre os seus principais aspetos, merece destaque a inserção de prescrições específicas para estruturas ou elementos estruturais pré‐moldados ou pré‐fabricados de concretono escopo da norma. Desta forma, o atual Projeto ABNT NBR 15200 permite que normas específicas possam ser consultadas para esses elementos e na ausência de normas brasileiras específicas aplicam‐se as recomendações dessa norma (Projeto ABNT NBR15200). Esse projeto também prevê que ʺpara situações não cobertas por esta Norma ou cobertas de maneira simplificada, o responsável técnico pelo projeto pode usar procedimentos aceitos pela comunidade tecnocientíficaou normas internacionais que foram aplicáveis, desde que demonstrado o atendimento ao nível desegurança previsto por esta Normaʺ. (Projeto ABNT NBR 15200: outubro de 2011). Dessa maneira as comissões de normas tem um trabalho importante pela frente que passa pela discussão dos aspetos de incêndio para as estruturas pré‐moldadas, considerando novamente as particularidades de aplicação Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 23 dessas estruturas nos projetos e obras brasileiras, além das particularidades dos sistemas e produtos pré‐moldados com relação às estruturas de concreto moldadas in locu. O avanço do Projeto de norma ABNT NBR 15200 consiste no fato em que estes assuntos serão tratados sob a condução e participação maior de especialistas do setor de pré‐moldados, além dos demais especialistas que normalmente contribuem para a norma de projeto de incêndio de estruturas de concreto. Assim, o planejamento dos trabalhos das comissões de estudo responsáveis por essa tarefa terá como enfoque garantir o tempo e recursos necessários para analisar e discutir os aspetos particulares da estrutura pré‐moldada quando submetida ao incêndio. O projeto de revisão da ABNT NBR 15200 poderá estar aprovado no primeiro trimestre de 2012. Recentemente também foi iniciada no âmbito da ABNT a elaboração da norma de estacas pré‐moldadas, que são muito empregadas na construção civil brasileira. Essa norma tem como objetivo atualizar e complementar as prescrições desses elementos que até o presente momento constam somente na ABNT NBR 9062 e no anexo da ABNT NBR 6122 ‐ Projeto e execução de fundações, na sua última versão publicada em 2010. Além das normas citadas, demais normas relacionadas à estruturas de concreto e estruturas pré‐moldadas são apresentadas em Battagin (2011) e demais referências. 2.6. Aplicações da pré‐fabricação no Brasil As soluções estruturais mais comumente adotadas pela construção pré‐ fabricada brasileira são aquelas que empregam sistemas estruturaisaporticados, em esqueleto e de painéis portantes, que, por sua vez, podem estar associados aos sistemas pré‐fabricados depisos e de fachadas, ou entre si. Além disso, os pré‐fabricados também tem grande aplicação no Brasil em estruturas mistas e híbridas, onde a estrutura de uma determinada obra é composta pela associação da estrutura de concreto pré‐fabricada com estrutura metálica, no primeiro caso e com estrutura de concreto moldado in locu, no segundo. A escolha dentre as opções se dá durante a conceção de projeto arquitetônico, em conjunto com o projetista da estrutura e o responsável pela execução da obra, considerando os aspetos de logística (produção, transporte, montagem da estrutura, além da mão‐de‐ obrae equipamentos requeridos), gerenciamento e planejamento da obra. Além disso, a tradição e a experiência dos responsáveis e empresas Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 24 envolvidos em cada empreendimento (know‐how) influenciam indiretamente na escolha do sistema estrutural a ser utilizado. No projeto de estrutura pré‐fabricada de uma forma geral valem as prescrições das normas técnicas vigentes, como aquelas discutidas no item anterior. Merecem atenção as verificações de projeto das situações transitórias, onde se deve levar em conta as tolerâncias de fabricação e de montagem dos elementos. Consideram‐se como situações transitórias as etapas intermediárias entre a produção e a montagem efetiva dos elementos após a execução das ligações (desmoldagem, movimentação, transporte e montagem). Também devem ser previstas acomodações das ligações até que atinjam sua capacidade resistente de projeto. Nesse item apresentam‐se aplicações de estruturas pré‐fabricadas em algumas obras brasileirasimportantes, assim como os principais conceitos que estão envolvidosnos sistemas estruturais apresentados.Demais aspetos de projeto e produção de estruturas e elementos pré‐fabricados podem ser encontrados em Doniak e Gutstein (2011). 2.6.1 Sistemas aporticados São formados por pórticos planos, compostos por pilares e vigas de fechamento (Figura 2.5). São usualmente denominados no Brasil por galpões, onde são comuns os galpões utilizados para fins industriais, de instalações comercias (como centros de distribuição e condomínios logísticos) e de agronegócio (Figura 2.6). Figura 2.5 Sistemas aporticados, sendo (a) galpão industrial com ventilação e iluminação natural ‐ Plenitude Design em Arujá e (b) condomínio logístico Marco Boni em Cotia, SP. (a) (b) Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 25 Figura 2.6 Sistemas aporticados ‐ Fábrica de Fertilizantes Nitrogenados, em Laranjeiras, SE, sendo (a) transporte devigas pré‐moldadas de grande comprimento ‐ situação transitória de projeto e (b) obra da área de armazenamento. O condomínio logístico Marco Boni (Figura 2.5‐b) utiliza o pré‐fabricado de concreto com um planejamento de arquitetura voltado para o conforto ambiental e menor consumo de energia, tais como, sistema de cobertura com telhas zipadas, paredes ventiladas, aberturas laterais com venezianas para ventilação, iluminação natural e duto interno para entrada de iluminação zenital. Os galpões de condomínios logísticos e obras industriais têm tido aplicação crescente no Brasil, onde em recente pesquisa conduzida pelo setor, compõem os dois primeiros lugares no ranking. 2.6.2 Sistema esqueleto O sistema esqueleto é formado por pilares, vigas e lajes. Apresenta grande flexibilidade sob o aspeto arquitetônico, pois possibilita a conceção de estrutura com grandes vãos, que pode estar associada a diferentes sistemas de fechamento. Pode ser aplicável em estruturas de apenas um pavimento, (a) (b) Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 26 de média altura (com até 20 pavimentos) ou de edifícios altos (acima de 20 pavimentos) como edifícios industriais e de centros comerciais de grande porte. Soluções diferenciadas para edifícios baixos a edifícios altos são adotadas para o atendimento dos requisitos de estabilidade global. A estabilidade global da edificação está relacionadaà altura e à esbeltez da edificação, às ações laterais (vento e desaprumo), à eficácia da transmissão dos esforços para as fundações e à limitação dos movimentos da estruturaem todas as fases construtivas desde a montagem. Figura 2.7 Exemplos de sistema estrutural em esqueleto ‐ Boulevard Shopping e Estação de Integração Vilarinho ‐ Belo Horizonte, MG. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 27 Em edifícios altos, tem sido comum a subdivisão da estrutura em subestruturas de contraventamento, que lhe confere rigidez para as ações horizontais, e em estrutura contraventada, que transfere os esforços provenientes de ações horizontais para a anterior, por meio de ligações viga‐ pilar articuladas. Também podem ser projetados como pórtico espacial com ligações semi‐rígidas entre vigas e entre pilares, aliados a sistemas de pisos que absorvem e distribuem os esforços horizontais para os demais elementos por efeito diafragma. Este tipo de conceção estrutural é bastante adotado em estruturas pré‐fabricadas de shopping centers, dentre outros (Figura 2.7). Nesse caso, os sistemas de piso devem ter rigidez no plano e detalhamento de projeto para garantir o funcionamento como chapa. Em edifícios multipavimentos, a estrutura pode ser mais onerosa quanto maior o número de ligações entre elementos que concorrem no mesmo nó, para atender aos requisitos de estabilidade global (Figura 2.7). No Brasil, há registro de estruturas integralmente pré‐moldadas construídas em sistemas estruturais de esqueleto, como o Shopping Boulevard com 7 pavimentos e com até dez andares, como o Shopping Via Brasil no Rio de Janeiro, RJ (GUTSTEIN et al., 2010). Também são encontradas edificações mais altas construídas com sistema híbrido, combinando a estrutura pré‐ fabricada com elementos de concreto moldado no local, como o Edifício Comercial Terra Firme em São José, SC (Figura 2.8). O edifício comercial São José da Terra Firme foi planejado com lojas no pavimento térreo e dois andares de garagens, que totalizam aproximadamente 24 mil m2, distribuídos em 14 pavimentos. Nessa obra, utiliza‐se o sistema estrutural em esqueleto subdivido em estrutura contraventada e de contraventamento. O contraventamentoé conferido pelo núcleo rígido de elementos localizados na região da escada e nos elevadores e pelo efeito diafragma dos pisos compostos por lajes alveolares solidarizadas com as vigas por meio de suas ligações laje‐viga e viga‐pilar edo capeamento estrutural. São utilizadas vigas protendidas pré‐moldadas apoiadas em pilares de concreto moldado no local com resistência característica fck=30 MPa, mesma resistência especificada para as vigas e lajes alveolares protendidas, ambas com cordoalhas aderentes (sistema de protensão por pré‐tração). Para a execução dos pilares utilizam‐se formas de madeira compensada e escoramento metálico. As vigas e lajes pré moldadas são transportadas até a obra em caminhões trucks, sem necessidade de adaptações, e na montagem do edifício é utilizado um guindaste tipo grua com capacidade para 3 tf, e lança de 30 m. Os pré‐moldados são então apoiados nos pilares através de armaduras de esperas, sem necessidade de escoramento. Em uma segunda etapa de concretagem são montadas as Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 28 fôrmas e concretadas as ligações. Para finalizar, as lajes alveolares são transportadas por dispositivos especiais (balancim e garras) que evitam fissuras longitudinais por esforço de flexão transversal não previsto. Depois são colocadas as armaduras complementares para as vigas e lajes e inicia‐se a última etapa de concretagem, que pode ser feita de duas maneiras: primeiro é concretada a camada inicial de 15 cm e depois o capeamento de 5cm, ou executa‐se uma concretagem única, onde viga e capa são cobertas em uma só operação. É importante destacar que as peças possuíam comprimento máximo de 8 m, e por esta razão o transporte com caminhões “trucks” foi realizado sem dificuldades, mesmo dentro de um centro urbano. De acordo com os especialistas foram grandes as vantagens ao adotar o sistema misto na construção desse edifício: grande parte da logística de concretagem no canteiro foi eliminada, houve melhor adaptabilidade de peças e melhoria das condições de segurança. Também se obteve redução drástica de formas e escoramentos e menor geração de resíduos. A estimativa de redução de custos em relação a uma estrutura convencional, moldada no local, é de ordem de 20%. Mas, ao adotar esse sistema é imprescindível um efetivo planejamento ainda na fase de projetos. O tempo de projeto e desenvolvimento foi significativamente maior do que o tempo de execução, mas isto se refletiu em agilidade de operações, e resultados satisfatórios nas interfacesprojeto, produção e montagem de maneira a reduzir modificações no canteiro. Outro aspeto destacado foi a velocidade imprimida aos serviços subseqüentes, principalmente instalações, que já nascem compatibilizadas. As passagens das tubulações foram concentradas em shafts, e quando necessário, as furações nas vigas previstas no projeto foram executadas na fábrica durante a produção, inclusive as aberturas para instalação do ar condicionado nas vigas armadas de contorno. Outra aplicação do sistema em esqueleto, híbrido com elementos pré‐ moldados em edifícios altos corresponde ao edifício Pátio Dom Luís, em Recife no nordeste brasileiro (Figura 2.9). Esse empreendimento é composto por um shopping com 5 níveis e 4 torres. São 2 níveis de garagens (subterrâneo), 3 níveis de lojas, a partir de onde nascem 2 torres comerciais com 20 pavimentos e 2 residenciais com 24 pavimentos, totalizando 56.000m2 de área construída. A estrutura dessa obra também é formada por vigas e lajes pré‐fabricadas protendidas, por pilares moldados no local e por núcleo rígido de contraventamento na região das escadas e nos elevadores. As sacadas também são pré‐fabricadas. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 29 Figura 2.8 Obra do Edifício Comercial Terra Firme em São José, SC, com 14 pavimentos em sistema híbrido. Figura 2.9 Empreendimento Pátio Dom Luís em Fortaleza, CE, composta de vigas e lajes pré‐fabricadas protendidas e pilares moldados no local e torres de 24 e 20 pavimentos. Na Figura 2.10, apresenta‐se outro exemplo de edificação em esqueleto em estrutura pré‐fabricada (Figura 2.10‐a), cujos painéis de vedação da fachada são fixados nos pilares e nas vigas da fachada em fase posterior (Figura 2.10‐b). Figura 2.10 Obra do edifício da Universidade Universo em Recife, PE – 12 pavimentos em estrutura pré‐fabricada. (a) (b) Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 30 2.6.3 Painéis Portantes Nos sistemas estruturais formados por painéis portantes, a estrutura é formada por painéis verticais portantes localizados nas extremidades (fachadas), que servem de apoio para os sistemas de pisos. Como permitem que a estrutura tenha grandes vãos livres, a arquitetura tem disponibilidade para criar o projeto de acordo com as exigências do cliente, utilizando divisórias leves para definição da disposição interna, que pode ser facilmente modificada se necessário. Esses sistemas são utilizados em conjuntos habitacionais, escritórios, hospitais e escolas. A agilidade de construção é uma grande vantagem desse sistema, uma vez que os painéis externos portantes e de vedação substituem os elementos de vedação tradicionais,compostos de tijolos e blocos, minimizando também os desperdícios. O edifício do condomínio Piemonte em Belo Horizonte, MG (Figura 2.11) foi construído em sistema pré‐moldado em canteiro, composto predominantemente por painéis estruturais de 2,8 m x 3,5 m apoiados em pré‐lajes. Os painéis possuem espessura de 10 cm e 12 cm para os painéis internos e externos, em ordem e peso de até 3,5 t cada. O concreto de capeamento estrutural e de solidarização das lajes com os elementos de apoio confere a rigidez e estabilidade global do conjunto, onde os esforços horizontais e verticais da edificação são transferidos para as fundações moldadas in situ. Cada andar do edifício foi montado em uma semana, totalizando seis meses para o término da obra. Figura 2.11 Montagem de painéis em edifício residencial – Condomínio Piemonte ‐ Belo Horizonte, MG. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 31 2.6.4 Fachadas Fachadas pré‐fabricadas podem ser utilizadas em qualquer tipo de construção.Podem ser concebidas com elementos de painéis verticais portantes e/ou com painéis arquitetônicos. Os elementos de fachadas que possuem função estrutural têm também a função de vedação e decorativa. Suportam as cargas verticais dos pavimentos e dos painéis superiores e dispensam uso de pilares nas bordas e de vigas de extremidade para apoio de pisos, como apresentado em 2.6.3, podendo ser boa alternativa econômica. Outravantagem da utilização de painéis estruturais consiste no fato de que a construção fica protegida internamente num estágio bastante inicial da obra. As fachadas arquitetônicas de concreto são geralmente empregadas em combinação com as estruturas de esqueleto (item 2.6.2), em que a estrutura interna é composta de pilares e vigas. Nesse caso os painéis não estruturais de fachadas possuem funções de fechamento e de acabamento e são fixados na estrutura, que pode ser de concreto pré‐moldado, concreto moldado no local ou metálica. Figura 2.12 Edifício Plaza Iguatemi, em São Paulo, SP: (a) Fachada com elementos e painéis pré‐fabricados arquitetônicos; (b) Elemento arquitetônico pré‐fabricado que compõe o arco na entrada. (b)(a) Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 32 As fachadas também podem ser compostas da associação de painéis arquitetônicos (estruturais ou de vedação) bem como a demais elementos arquitetônicos para conferir o acabamento final da estrutura. Os elementos arquitetônicos de concreto pré‐fabricado são amplamente utilizados nos Estados Unidos e na Europa. No Brasil, a utilização especialmente de painéis arquitetônicos tem crescido nos últimos anos, podendo‐se citar obras ícones como o edifício Plaza Iguatemi (Figura 2.12), na Av. Faria Lima em São Paulo, SP (ABCIC, 2008). 2.6.4 Arquibancadas A aplicação da estrutura pré‐fabricada em estádios, arenas e passarelas tem sido cada vez maior e mais importante nos projetos brasileiros recentes. ʺO Brasil se prepara para receber torcedores do mundo todo em 2014 com uma infraestrutura de estádios compatível com a fama de país do futebolʺ (ABCIC, 2011). A tecnologia de estrutura pré‐fabricada está no centro dos projetos de 12 estádios em construção ou em reformulação dentro dos preparativos para a Copa. A estrutura pré‐fabricada é importante aliada nessas obras devido à importância da qualidade e velocidade de construção, bem como à necessidade de minimização dos impactos de entorno e atendimento aos requisitos de sustentabilidade. A Figura 2.13 mostra o estádio Governador Magalhães Pinto, mais conhecido como Mineirão em fase de modernização, construído em estrutura pré‐fabricada na cidade de Belo Horizonte, MG. Na Figura 2.14 mostra‐se a arquibancada do setor em ampliação do sambódromo da Marquês de Sapucaí no Rio de Janeiro, para a utilização no carnaval de 2012 e nos Jogos Olímpicos 2016. A ampliação e reforma do sambódromo (Figura 2.14‐a) está sendo feita para atender às necessidades dos jogos olímpicos, resgatando o projeto original de Oscar Niemeyer e ampliando a capacidade de público de 60000 para 77688 pessoas. Nessa obra, os pilares foram moldados no local, onde se apóiam lajes alveolares pré‐fabricadas e nos pisos superiores estrutura pré‐fabricada composta em síntese de vigas em balanço para apoio dos níveis de lajes e vigas jacaré que sustentam os bancos de arquibancadas. A complexidade de montagem dessa obra é um fator importante a ser considerado, devido às dificuldades de acesso, maior extensão de alcance dos guindastes e prazos reduzidos. Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 33 Figura 2.13 Arquibancadas em equipamentos esportivos brasileiros, sendo, (a) e (b) estádio do Mineirão, (c) arquibancada da Arena do Pan e (d) arquibancada esportiva. Figura 2.14 Ampliação e remodelagem do sambódromo da Marques de Sapucaí em estrutura pré‐fabricada ‐ Rio de Janeiro, RJ, sendo (a) implosão da estrutura antiga na área de ampliação e (b) montagem da estrutura pré‐fabricada de ampliação. 2.6.5 Fundações com elementos pré‐fabricados Elementos pré‐fabricados também têm sido utilizados em sistemas de estruturas de fundações. Como fundação profunda em estacas pré‐moldadas de concreto, entende‐se o sistema formado pelo conjunto do elemento Estruturas pré‐moldadas no mundo ‐ Aplicações e comportamento estrutural 34 estrutural de estaca pré‐moldada de concreto armado ou protendido, que pode ser vibrada ou centrifugada (Figura 2.15) e o maciço de solo envolvente, ao longo do elemento e sob a base, com ampla faixa de capacidade de carga, desde 100kN até 5000kN. No entanto outras características de desempenho como módulo de elasticidade do concreto e resistência à tração são muito importantes, devido aos esforços a que esses elementos são solicitados durante a sua cravação, na implantação das estacas no solo e demais situações transitórias.Para esses elementos, também estão previstas a realização de ensaios estáticos e dinâmicos conforme a ABNT NBR6122:2010. As estacas pré‐fabricadas também podem ser empregadas em meios altamente agressivos como em plataformas flutuantes, dentre outros. Figura 2.15 Estacas pré‐fabricadas: (a) Produção de estacas pré‐fabricadas centrifugadase (b) armazenamento. 2.7. Considerações Finais A pré‐fabricação em concreto é uma possibilidade de industrialização da construção, ou de parte dela, que passa cada vez mais a ser considerada para aplicações em obras dediferentes portes e complexidades e se viabiliza a partir da necessidade de atender cronogramas cada vez mais ousados, sem que haja perda de qualidade, pelo contrário, de forma que venha ao encontro da sustentabilidade. No Brasil, vivencia‐se um momento em que a escassez de mão de obra vem trazendo a industria da pré‐fabricação ao aperfeiçoamento e à intensificação de suas aplicações, paralelamente ao avanço no desenvolvimento tecnológico dos materiais. Novas possibilidades de aplicação vem sendo Estruturas de concreto pré‐moldadas no Brasil: Normalização, sustentabilidade e aplicações 35 viabilizadas contribuindo para o desenvolvimento da engenharia estrutural. O tema é amplo e, portanto as autoras deixam uma vasta bibliografia a ser pesquisada, para os que desejarem um maior aprofundamento no tema. Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA CONSTRUÇÃO INDUSTRIALIZADA
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